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建筑结构设计计算步骤探讨
建筑结构设计计算步骤探讨
日前，住建部副部长仇兴保在6届国际绿色建筑与建筑节能大会上指出：我国每年20亿平方米的新建面积，相当于消耗了全世界40%的水泥和钢材，而只能持续25～30年。相比之下，国外一些建筑的寿命却能够达到132年。
短寿建筑屡见不鲜
随着我国城市化建设进程的加快，许多建筑规划不合理的问题也日益凸显，比如沈阳五里河体育场，原本计划使用30年的体育场在使用18年之后就被爆破，主要是因为政府规划要在原地建设别的建筑物。
这样刚建不久就被拆除的建筑，在这几年城市大规模建设的背景下已是屡见不鲜，正是这样一些现实让仇部长说出了这番话：我国每年20亿平方米的新建面积，而只能持续25～30年。而每万平方米拆除的旧建筑，将产生7000～12000吨建筑垃圾。
为何我国的建筑如此“短寿”？日前，政府正号召房地产开发企业提高建筑质量，将目前30年的建筑平均寿命延长至100年。未来，让建筑“长命百岁”的设想真的能实现吗？
“寿命短”原因各异
针对一些媒体日前报道的“中国建筑仅30年寿命”的说法，国家建筑工程质量监督检验中心副主任张仁瑜指出，这并不是指房屋因为质量原因只能使用30年，而主要指在规划和设计上存在一些问题。比如，老城区改造、使用功能落后的筒子楼和上世纪70～80年代建造的一些房子等。这些房屋满足不了人们对现代生活的需求，就可能会被拆除。
北京建筑材料科学研究总院副院长张增寿也同样认为，建筑物的实际使用寿命偏短，主要是由于我国结构设计、施工设计都比较保守，甚至存在不合理的问题。但他同时表示，就整体而言，我国建筑的质量水平已经比较高了；对于社会发展与城市规划和建设之间的矛盾，各个国家都曾经历过这样一个阶段。
“我国城市化发展进程加快，对城市建筑的要求也随之不断变化，房屋建筑适应不了这种变化就有被拆的风险。”中国建筑材料科学院专家胡必俊表示，“除了规划不当以外，建筑质量不过硬、违规操作屡见不鲜也是造成中国建筑‘寿命短’的原因。”
这两年，有关“楼脆脆”、“楼歪歪”的报道时有耳闻，中国人民大学教授郑风田就曾在媒体公开指出：目前我国“不少建筑物存在钢筋不达标，混凝土保护层不达标、偷工减料等问题”。
除以上原因外，胡必俊还指出，有时个人的违规操作也会给整幢建筑带来“致命”风险。比如有些家庭住宅装修一味强调豪华、美观，擅自拆除承重墙，容易引起房屋倒塌；还有的在不能够铺地暖的建筑内铺地暖，势必引起房屋负担加重，容易导致倒塌。
建筑垃圾再利用难
建筑寿命短，不断被拆之后，其所引来的环境污染问题也就日益突出了。仇保兴算过一笔账：据对砖混结构、全现浇结构和框架结构等建筑的施工材料损耗的粗略统计，在每万平方米建筑的施工过程中，仅建筑垃圾就会产生500～600吨；而每万平方米拆除的旧建筑，将产生7000～12000吨建筑垃圾。据了解，目前，我国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～40%。面对如此严峻的现状，不能不引起人们的重视。
3 对单构件作优化设计
前几步主要是对结构整体合理性的计算和调整，这一步则主要进行结构单个构件内力和配筋计算，包括梁，柱，剪力墙轴压比计算，构件截面优化设计等。
（1）软件对混凝土梁计算显示超筋信息有以下情况：1）当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu时，提示超筋；2）规范对混凝土受压区高度限制：
四级及非抗震：ξ≤ξb
二、三级：ξ≤0.35（ 计算时取AS ’＝0.3 AS ）
一级： ξ≤0.25（ 计算时取AS ’＝0.5 AS ）
当ξ不满足以上要求时，程序提示超筋；3)《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的配筋率2.5%，当大于此值时，提示超筋；4）混凝土梁斜截面计算要满足小截面的要求，如不满足则提示超筋。
（2）剪力墙超筋分三种情况：1）剪力墙暗柱超筋：软件给出的暗柱配筋率是按照4%控制的，而各规范均要求剪力墙主筋的配筋面积以边缘构件方式给出，没有配筋率。所以程序给出的剪力墙超筋是警告信息，设计人员可以酌情考虑；2）剪力墙水平筋超筋则说明该结构抗剪不够，应予以调整；3）剪力墙连梁超筋大多数情况下是在水平地震力作用下抗剪不够。规范中规定允许对剪力墙连梁刚度进行折减，折减后的剪力墙连梁在地震作用下基本上都会出现塑性变形，即连梁开裂。设计人员在进行剪力墙连梁设计时，还应考虑其配筋是否满足正常状态下极限承载力的要求。
（3）柱轴压比计算： 柱轴压比的计算在《高规》和《抗震规范》中的规定并不完全一样，《抗震规范》6.3.7条规定，计算轴压比的柱轴力设计值既包括地震组合，也包括非地震组合，而《高规》6.4.2条规定，计算轴压比的柱轴力设计值仅考虑地震作用组合下的柱轴力。软件在计算柱轴压比时，当工程考虑地震作用，程序仅取地震作用组合下的的柱轴力设计值计算；当该工程不考虑地震作用时，程序才取非地震作用组合下的柱轴力设计值计算。因此设计人员会发现，对于同一个工程，计算地震力和不计算地震力其柱轴压比结果会不一样。
（4）剪力墙轴压比计算：为了控制在地震力作用下结构的延性，新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙均提出了轴压比的计算要求。需要指出的是，软件在计算断指剪力墙轴压比时，是按单向计算的，这与《高规》中规定的短肢剪力墙轴压比按双向计算有所不同，设计人员可以酌情考虑。
（5）构件截面优化设计：计算结构不超筋，并不表示构件初始设置的截面和形状合理，设计人员还应进行构件优化设计，使构件在保证受力要求的德条件下截面的大小和形状合理，并节省材料。但需要注意的是，在进行截面优化设计时，应以保证整体结构合理性为前提，因为构件截面的大小直接影响到结构的刚度，从而对整体结构的周期、位移、地震力等一系列参数产生影响，不可盲目减小构件截面尺寸，使结构整体安全性降低。
4. 满足规范抗震措施的要求
在施工图设计阶段，还必须满足规范规定的抗震措施要求。《混凝土规范》、《高规》和《抗震规范》对结构的构造提出了非常详尽的规定，这些措施是很多震害调查和抗震设计经验的总结，也是保证结构安全的后一道防线，设计人员不可麻痹大意。
（1）设计软件进行施工图配筋计算时，要求输入合理的归并系数、支座方式、钢筋选筋库等，如一次计算结果不满意，要进行多次试算和调整。
（2）生成施工图以前，要认真输入出图参数，如梁柱钢筋小直径、框架顶角处配筋方式、梁挑耳形式、柱纵筋搭接方式，箍筋形式，钢筋放大系数等，以便生成符合需要的施工图。软件可以根据允许裂缝宽度自动选筋，还可以考虑支座宽度对裂缝宽度的影响。
（3）施工图生成以后，设计人员还应仔细验证各特殊或薄弱部位构件的小纵筋直径、小配筋率、小配箍率、箍筋加密区长度、钢筋搭接锚固长度、配筋方式等是否满足规范规定的抗震措施要求。规范这一部分的要求往往是以黑体字写出，属于强制执行条文，万万不可以掉以轻心。
（4）后设计人员还应根据工程的实际情况，对计算机生成的配筋结果作合理性审核，如钢筋排数、直径、架构等，如不符合工程需要或不便于施工，还要做后的调整计算。
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